一种电热一体板及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于建材领域，具体涉及一种自限温的电热一体板及其制备方法。


背景技术：

[0002]
目前我国北方供暖主要采用集中水暖方式采暖，存在排放大量污染物和输送管路热量损失严重等问题。随着环境污染和能源危机的日益严峻，国家目前正在大力推广煤改电，以便节能减排。自限温电热一体板是一款全新的采暖产品，通电后可发射5～15μm远红外辐射光波，温暖舒适健康，且节能环保无污染，完全符合节能减排的发展要求。
[0003]
目前我国南方冬季没有有效采暖措施，冬季寒冷潮湿。采用发热地板采暖不仅舒适健康、节能环保，而且以家庭为采暖单元，采暖温度、采暖时间和采暖位置都可以根据家庭的需要进行选择，有效的解决南方冬季的采暖问题。
[0004]
发热地板为解决前述问题的一个技术方案，但是其存在安全性的隐患，当发热地板在使用中出现局部覆盖障碍物妨碍热量对外正常释放时，发热板局部温度升高，可能会出现温度过高导致电热板烧毁，甚至引发火灾等安全隐患。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术中发热地板的缺陷，本发明提供了一种自限温的电热一体板及其制备方法，该电热一体板利用发热膜层材料随自身温度升高，发热材料工作阻值增大，发热功率降低，从而避免电热一体板出现局部过热的现象，可以有效的解决现有技术中发热地板存在的不安全风险。
[0006]
本发明首先提供了一种自限温的电热一体板，所述电热一体板包括自下往上依次设置的保温基材、自限温发热膜层、面层；制备所述自限温发热膜层的原料包括高分子基料和导电填料；
[0007]
所述自限温发热膜层在25℃时工作阻值为100～5000ω/
□
，在40～80℃时自限温发热膜层工作阻值至少为25℃时工作电阻的110％。
[0008]
在本发明的一些实施例中，在40～80℃时自限温发热膜层工作阻值为25℃时工作电阻的110-120％，120-130％，130-140％，140-150％，150-200％或高于200％。在提供更高高温阻值的情况下，可以迅速减少电热一体板的高温发热量。
[0009]
在本发明的一些实施例中，所述高分子基料包括聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯弹性体、聚乳酸、聚苯胺、聚吡咯、聚酰胺以及聚甲醛中的一种或多种。
[0010]
在本发明的一些实施例中，制备所述自限温发热膜层的原料中，所述高分子基料的含量为15～65wt％，所述导电填料的含量为7-15wt％。
[0011]
在本发明的一些实施例中，制备所述自限温发热膜层的原料还包括分散介质，所述分散介质为水或醇类溶剂。优选的，所述分散介质的含量为制备自限温发热膜层原料的30-70wt％。
[0012]
在本发明的一些实施例中，所述自限温发热膜层还包括辅助填料，所述辅助填料包括氧化铝、二氧化硅、三氧化二钴、钛酸钡和碳酸钙中的一种或多种。优选的，所述辅助填料的含量为制备自限温发热膜层原料的1-5wt％。
[0013]
在本发明的一些实施例内，所述导电填料包括金属填料和非金属填料。所述金属填料包括银、镍或铜的纳米粒子中的一种或多种，所述非金属填料包括碳黑、碳纤维、石墨、碳纳米管、石墨稀中的一种或多种。
[0014]
在本发明的一些实施例内，所述发热膜层还包括助剂，所述助剂包括分散剂、消泡剂、增稠剂、防沉剂中的一种或多种。优选的，所述助剂的含量为制备自限温发热膜层原料的1-5wt％。
[0015]
在本发明的一些实施例内，所述基材为高强度低导热系数的板材。通常此类材料具有较高的强度，作为基底可为电热一体板提供足够的强度，同时由于其具有较低的导热系数和保温作用，可阻止发热膜层产生的热量通过基底向外传导。在本发明的一些实施例内，选用了硅酸钙板，硅酸盐板，云母板，多孔陶瓷板作为保温基材。在本发明的一些实施例中，所述基材的抗压强度不小于10mpa，导热系数低于0.5w/(m
·
k)。
[0016]
作为前述电热一体板一种更好的选择，所述第一绝缘防水膜层由绝缘防水材料构成，一方面提供发热膜层绝缘性的适当保护，另一方面防止水分通过保温基材向发热膜层扩散，保护发热膜层不受水分侵害。在本发明的一些实施例内，所述第一绝缘防水膜层包括有机耐热绝缘材料和/或无机耐热绝缘材料，所述有机耐热绝缘材料包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚马来酰亚胺、聚二苯醚、聚四氟乙烯中的一种或多种，所述无机耐热绝缘材料包括石英、云母、玻璃和陶瓷中的一种或多种。
[0017]
作为前述电热一体板一种更好的选择，第二绝缘防水膜层由绝缘防水材料构成，一方面将发热膜层和面层绝缘防止漏电，另一方面防止水分通过面层向发热膜层扩散，保护发热膜层不受水分侵害。在本发明的一些实施例内，所述第二绝缘防水膜层包括有机耐热绝缘材料和/或无机耐热绝缘材料，所述有机耐热绝缘材料包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚马来酰亚胺、聚二苯醚、聚四氟乙烯中的一种或多种，所述无机耐热绝缘材料包括石英、云母、玻璃和陶瓷中的一种或多种。
[0018]
作为前述电热一体板一种更好的选择，面层为高强度耐磨材料构成，一方面具有高强度和良好的耐磨性能，保护内层发热膜不受外力破坏，另一方面具有各种纹理和图案，具有装饰美观效果。在本发明的一些实施例中，所述面层的材料包括环氧树脂层、紫外线固化胶层、陶瓷涂料层、水泥层、陶瓷层、玻璃层、大理石层和花岗岩层中的一种或多种。
[0019]
作为前述电热一体板一种更好的选择，面层通过液态固化成型，且面层的莫氏硬度不小于3，耐磨性能不大于500mm3。
[0020]
作为前述电热一体板一种更好的选择，发热膜层表面两侧靠近边缘处附着有可导电的金属带作为供电电路，金属带与内置式电极电连接。
[0021]
本发明提供的自限温电热一体板是一款全新的采暖产品，通电后可发射5～15μm远红外辐射光波，由于采用中远红外辐射加热，加热速度快，而且5～15μm光波为生命光波，人体感应敏感且有具有红外理疗的作用，温暖舒适健康，能耗低，节能环保无污染。自限温电热一体板采用一体化结构设计，安装方式多且安装灵活方便，可以用作室内地面、墙面以及屋顶。
[0022]
本发明提供的自限温电热一体板采用发热材料具有自限温功能，自限温电热一体板在通电发热过程中随着发热层温度逐渐升高，发热材料电阻不断增加，发热层功率不断降低。当自限温电热一体板在使用中出现局部覆盖障碍物妨碍热量对外正常释放，发热板局部温度升高，由于发热材料具备自动调节自身电阻功能，发热板覆盖障碍物处发热材料电阻增加，发热功率减小，从而避免发热板局部温度过高导致电热板烧毁，甚至引发火灾等安全隐患。
[0023]
本发明还提供了一种自限温电热一体板的制备方法，包括：
[0024]
1)提供打磨和抛光的基材作为基底，并对基底进行修饰；
[0025]
2)在所述基底上形成自限温发热膜层，之后烘干；
[0026]
3)设置导电带和内置电极，并在其上表面设置面层。
[0027]
所述步骤2)中，制备所述自限温发热膜层的方法包括制备浆料，并将浆料涂覆在修饰后的基底上，之后进行烘干。
[0028]
在本发明的一些实施例中，浆料通过丝网印刷、手工喷涂、自动喷涂、刷涂、旋涂、打印、印刷、流浆、滚刷、刮涂或涂布的方式被涂覆在修饰后的基底上。
[0029]
在本发明的一些实施例中，制备所述自限温发热膜层的原料中，所述高分子基料的含量为15-65wt％，所述导电填料的含量为7-15wt％。
[0030]
在本发明的一些实施例内，所述电热一体板的温度在40～80℃时，其工作阻值不低于25℃工作阻值的110％。
[0031]
在本发明的一些实施例中，制备所述自限温发热膜层的原料还包括分散介质，所述分散介质为水或醇类溶剂。优选的，所述分散介质的含量为制备自限温发热膜层原料的30-70wt％。
[0032]
在本发明的一些实施例内，所述导电填料包括金属填料和非金属填料。所述金属填料包括银、镍或铜的纳米粒子中的一种或多种，所述非金属填料包括碳黑、碳纤维、石墨、碳纳米管、石墨稀、聚苯胺和聚吡咯中的一种或多种。
[0033]
在本发明的一些实施例中，所述自限温发热膜层还包括辅助填料，所述辅助填料包括氧化铝、二氧化硅、三氧化二钴、钛酸钡和碳酸钙中的一种或多种。优选的，所述辅助填料的含量为制备自限温发热膜层原料的1-5wt％。
[0034]
在本发明的一些实施例内，所述发热膜层还包括助剂，所述助剂包括分散剂、消泡剂、增稠剂、防沉剂中的一种或多种。优选的，所述助剂的含量为制备自限温发热膜层原料的1-5wt％。
[0035]
本发明相对于现有技术具备如下的有益效果：
[0036]
1.自限温电热一体板通电后可发射5～15μm远红外辐射光波，由于采用中远红外辐射加热，加热速度快，而且5～15μm光波为生命光波，人体感应敏感且具有红外理疗的作用，温暖舒适健康，能耗低，节能环保无污染；
[0037]
2.自限温电热一体板以家庭为采暖单元，采暖温度、采暖时间和采暖位置都可以根据家庭的需要进行选择，且节能环保无污染，可有效的解决我国南方冬季的采暖问题。另外，自限温电热一体板也可以也应用于北方，取代北方的集中供暖，符合我国节能减排的发展方向；
[0038]
3.自限温电热一体板采用一体化设计，安装方式灵活且安装方便，可以用作室内
地面，墙面和屋顶；
[0039]
4.自限温电热一体板的发热层在通电加热过程中具有自限温功能，在通电发热过程中随着发热层温度逐渐升高，发热材料电阻不断增加，发热层功率不断降低，从而避免电热一体板局部温度过高导致电热板烧毁，甚至引发火灾等安全隐患。
附图说明
[0040]
图1本发明提供的自限温电热一体板典型结构图；
[0041]
附图标识：
[0042]
1.保温基底，2.第一绝缘防水膜层，3.自限温发热膜层，4.第二绝缘防水膜层，5.面层，6.导电金属带。
具体实施方式
[0043]
如下为本发明的一些实施例，其仅用作对本发明的解释而不是限制。
[0044]
一个通用的制备自限温一体板的方法如下：
[0045]
(1)取30cm
×
30cm纤维增强硅钙板材作为保温基板，基板厚度为10mm,清洗干净并烘干；
[0046]
(2)在基底抛光表面采用滚涂的方式制备第一绝缘防水膜层，厚度500μm，并常温放置24h固化；第一绝缘防水膜层的材料为环氧绝缘漆；
[0047]
(3)在第一绝缘防水膜层表面采用丝网印刷的方式制备发热膜层，厚度200μm，然后160℃烘干，制备所述发热膜层的材料包括聚氧化乙烯乳液、聚氨酯、炭黑、碳纳米管、纳米二氧化硅、分散剂、稀释剂等；
[0048]
(4)在烘干后的发热膜层表面作用两侧靠近边缘8mm处粘贴导电铜带，铜带宽带为10mm,并将导电铜带和内置电极焊接在一起；
[0049]
(5)在发热膜层表面采用滚涂的方式制备第二绝缘防水膜层；厚度500μm，并常温放置24h固化。所述第二绝缘防水膜层的材料为环氧绝缘漆；
[0050]
(6)在第二绝缘防水膜层表面采用液态固化方式制备面层，面层厚度为2mm,50℃固化2h,即完成自限温电热一体板的制备。
[0051]
按照上述的方法制备获得的电热一体板的结构参见图1，其典型具备五层结构，即为在保温基底1上依次构建的第一绝缘防水膜层2、自限温发热膜层3、第二绝缘防水膜层4和面层5，以及引出的和发热膜层连接的导电铜带。
[0052]
在本发明的部分实施例中，由于应用场景的差异，第一绝缘防水膜层和第二绝缘防水膜层可以被省略。
[0053]
对于上述的电热一体板结构性能测试按照如下的方法进行：
[0054]
对于自发热一体板性能的电热辐射转换效率按gb/t7287-2008中定义的热像测量法测试，转换效率计算公式为:
[0055][0056]
式中，s为辐射面的面积；σ为斯特潘-玻尔兹曼常数；t
r
为平均辐射温度；t0为环境
温度；p为电功率。
[0057]
按gb/t7287-2008规定对红外产品的温度和电功率率测试方法测定。
[0058]
实施例1：
[0059]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乙烯树脂50份、聚氨酯乳液16份、聚二甲基硅氧烷32份、碳纤维8份、炭黑35份、纳米碳酸钙3份、硬脂酸钙4份、环丙酮20份、二甲苯80份、季戊四醇10份、乙酸乙酯2份、二氯乙烷10份，过氧化二异丙苯0.01份、乙烯基硅烷偶联剂2份、十二烷基苯磺酸1.0份、纳米氢氧化铝20份。
[0060]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0061]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0062]
自限温电热一体板的初始功率为50w，在升温达到60℃后，通过测量得到的其输出功率为36w，相对于初始功率降低28％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为50w。
[0063]
实施例2：
[0064]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚丙烯10份、聚吡咯20、聚氨酯乳液20份、聚二甲基硅氧烷40份、纳米银10份，炭黑20份、碳纤维8份、纳米碳酸钙2份、硬脂酸钙3份、环丙酮15份、二甲苯10份、季戊四醇份50、乙酸乙酯4份、二氯乙烷10份，过氧化二异丙苯0.1份、乙烯基硅烷偶联剂3.0份、十二烷基苯磺酸0.1份、纳米氢氧化铝10份。
[0065]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为1mm。
[0066]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0067]
自限温电热一体板的初始功率为50w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为42w，相对于初始功率降低16％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为50w。
[0068]
实施例3：
[0069]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乙烯树脂30份、聚乳酸10份、聚氨酯乳液24份、环氧树脂5份、石墨烯20份，炭黑30份、碳纤维8份、纳米碳酸钙4份、硬脂酸钙3份、环丙酮70份、二甲苯25份、季戊四醇份100份、乙酸乙酯3份、二氯乙烷8份，过氧化二异丙苯1份、乙烯基硅烷偶联剂8.0份、十二烷基苯磺酸0.5份、纳米氢氧化铝15份。
[0070]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为1mm。
[0071]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0072]
自限温电热一体板的初始功率为120w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为69w，相对于初始功率降低42.5％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为120w。
[0073]
实施例4：
[0074]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乙烯树脂45份、聚乳酸20份、聚二甲基硅氧烷10、纳米铜15份、炭黑40份、碳纤维5份、纳米碳酸钙3份、硬脂酸钙7份、环丙酮30份、季戊四醇份32份、二甲苯100份、乙酸乙酯4份、二氯乙烷7份，过氧化二异丙苯0.7份、乙烯基硅烷偶联剂0.5份、十二烷基苯磺酸1份、纳米氢氧化铝7份。
[0075]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.8mm。
[0076]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0077]
自限温电热一体板的初始功率为100w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为67w，相对于初始功率降低33％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为100w。
[0078]
实施例5：
[0079]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乳酸15份、聚苯胺27份、聚氨酯乳液19份、聚二甲基硅氧烷25份、纳米银5份，石墨粉50，碳纤维3份、纳米碳酸钙3份、硬脂酸钙2份、环丙酮35份、二甲苯20份、季戊四醇份110份、乙酸乙酯5份、二氯乙烷4份，过氧化二异丙苯1.5份、乙烯基硅烷偶联剂1.5份、十二烷基苯磺酸0.6份、纳米氢氧化铜15份。
[0080]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为1.2mm。
[0081]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0082]
自限温电热一体板的初始功率为150w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为72w，相对于初始功率降低52％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为150w。
[0083]
实施例6：
[0084]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚甲醛25份、聚乙烯树脂27份、聚酰胺14份、聚吡咯17份、聚二甲基硅氧烷11份、石墨粉25份、炭黑30份、石墨烯10份、纳米碳酸钡6份、硬脂酸钙4份、环丙酮22份、二甲苯16份、季戊四醇份120、乙酸乙酯2份、二氯乙烷3份，过氧化二异丙苯0.5份、乙烯基硅烷偶联剂0.5份、十二烷基苯磺酸0.1份、纳米氢氧化铜12份。
[0085]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0086]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0087]
自限温电热一体板的初始功率为40w，在升温达到50℃后，通过测量得到的其输出功率为34w，相对于初始功率降低15％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为40w。
[0088]
实施例7：
[0089]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚酰胺30份、聚二甲基硅氧烷25、聚丙烯10份、环氧树脂12份、聚乙烯树脂10份、聚氨酯乳液13份、石墨15份、炭黑35份、石墨粉27份、纳米碳酸钙12份、环丙酮200份、二甲苯15份、乙酸乙酯10份、二氯乙烷7份，过氧化二异丙苯4份、乙烯基硅烷偶联剂1.0份、十二烷基苯磺酸1.4份、纳米氢氧化锌10份。
[0090]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0091]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0092]
自限温电热一体板的初始功率为80w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为63w，相对于初始功率降低21.3％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为80w。
[0093]
实施例8：
[0094]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚二甲基硅氧烷54份、聚甲醛10份、聚氨酯乳液份12、石墨烯5份，炭黑30份、石墨粉24份、纳米铜8份、硬脂酸钙4份、纳米碳酸钙7份、环丙酮110份、二甲苯35份、季戊四醇份15份、乙酸乙酯13份、过氧化二异丙苯0.3份、乙烯基硅烷偶联剂2份、十二烷基苯磺酸0.7份、纳米氢氧化锌18份。
[0095]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0096]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0097]
自限温电热一体板的初始功率为40w，在升温达到60℃后，通过测量得到的其输出功率为30.5w，相对于初始功率降低23.8％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为40w。
[0098]
实施例9：
[0099]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乳酸21、聚苯胺16、聚氨酯乳液20份、聚二甲基硅氧烷30份、炭黑60份、碳纤15份、硬脂酸钙1份、纳米碳酸钙6份、二甲苯30
份、季戊四醇份100、环丙酮20份、二氯乙烷6份、乙酸乙酯12份，过氧化二异丙苯0.5份、乙烯基硅烷偶联剂3份、十二烷基苯磺酸1.2份、纳米氢氧化锌20份。
[0100]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.8mm。
[0101]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0102]
自限温电热一体板的初始功率为100w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为69w，相对于初始功率降低31％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为100w。
[0103]
实施例10：
[0104]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚二甲基硅氧烷50份、聚酰胺25、聚甲醛10、聚丙烯树脂13份、石墨烯9份，炭黑45份、碳纤维15份、纳米碳酸钙5份、二甲苯150份、季戊四醇份15份、丙酮20份、乙酸乙酯6份、二氯乙烷5份，乙烯基硅烷偶联剂1份、十二烷基苯磺酸1份、纳米氢氧化锌25份。
[0105]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0106]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0107]
自限温电热一体板的初始功率为30w，在升温达到40℃后，通过测量得到的其输出功率为26.5w，相对于初始功率降低11.6％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为30w。
[0108]
实施例11：
[0109]
制备所述自限温发热膜层的原料按重量份计含：聚乙烯树脂10份、聚二甲基硅氧烷25份、聚丙烯30份、环氧树脂20份、聚乳酸10份、炭黑50份、石墨烯10份、石墨粉25份、纳米碳酸钙3份、环丙酮10份、二甲苯150份、季戊四醇份50份、乙酸乙酯6份、二氯乙烷9份，二异丙苯0.8份、乙烯基硅烷偶联剂6份、、纳米氢氧化铝17份。
[0110]
本实施例中，发热膜层(包括第一绝缘防水层和第二绝缘防水层)的厚度为0.5mm。
[0111]
对于自限温性能的测试按照如下的方式进行：
[0112]
自限温电热一体板的初始功率为60w，在升温达到80℃后，通过测量得到的其输出功率为47w，相对于初始功率降低21.7％，在一体板的温度降至室温后，其功率变为60w。
[0113]
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。